[mechanica] Een zeilboot met de ventilator

[Jan van de Velde]

Ik creëer geen onderdruk voor het zeil, aangezien ik de lucht met een pijp in het zeil blaas. Er is dus geen algemene voorwaartse stroming langs het zeil, die door bernouilli of venturi effecten een onderdruk zou kunnen creëren en daarmee mijn boot zou kunnen "vooruitzuigen". De druk voor het zeil zal slechts de atmosferische druk zijn. Ik creëer wel een drukverschil gemeten over het zeil, met andere woorden de druk achter het zeil zal hoger zijn dan voor het zeil.

[GJ_]

1)Als je vanaf de achterkant blaast moet het zeil de stroomrichting ombuigen naar achter om de boot voort te stuwen.

2)Als je zonder zeil gewoon meteen naar achter blaast lijkt me efficienter. De theoretisch haalbare maximale snelheid is de windsnelheid van de ventilator.

3) als je van de zijkant in het zeil blaast gaat het zeil echt lift leveren met een onderdruk aan de voorzijde en een overdruk aan de achterzijde. De theoretisch maximaal haalbare snelheid is deze nu hoger of niet? Ik weet het zo even niet met zekerheid te zeggen.

Bij normale aandewindse koersen is deze wel hoger dan de windsnelheid. Bovendien is er dan ook nog de schijnbare wind die sneller is dan de werkelijke wind, hetgeen ook meewerkt.

En wat doet de schijnbare wind bij een opstelling als in 3)?

Ik heb nog nooit met een ventilator gezeild.

[VinSoft]

3) als je van de zijkant in het zeil blaast gaat het zeil echt lift leveren met een onderdruk aan de voorzijde en een overdruk aan de achterzijde. De theoretisch maximaal haalbare snelheid is deze nu hoger of niet? Ik weet het zo even niet met zekerheid te zeggen.

Dat is de werking van zeilboot toch? wind die van een hoek komt, waardoor een onderdruk aan de voorkant en overdruk aan de achterkant heerst. (Heet dit niet Bernouilli's principe?)

Een zeilboot kan sneller dan de wind varen, juist vanwege deze werking. Vroeger, met die grote boten en die zeilen die wind van achteren moesten vangen konden dus niet sneller dan de wind.

[Jan van de Velde]

Ik vraag me af of zeilboten hoe dan ook sneller dan de wind kunnen varen.

De combinatie van de richtings-snelheidsvector van de boot en idem van de wind resulteren altijd in een vector die de schijnbare windrichting geeft. Het effect van deze schijnbare windrichting moet de weerstand van de boot in het water opvangen.

Hoe sneller de boot gaat, hoe groter de weerstandsvector, en hoe meer de schijnbare wind van voren komt en hoe minder extra kracht deze dus nog kan leveren.

Maar laten we nu eens uitgaan van windstilte, want anders zou je geen ventilator willen gebruiken. Volgens NWO gaat de boot vooruit als je in het zeil blaast. Echter, je zeil (en je boot) gaan dan toch last krijgen van schijnbare wind, en wel pal tegen. Een overdruk aan de voorzijde van je zeil dus, hopelijk gecompenseerd door een nog grotere overdruk aan de achterzijde van je zeil. Bovendien creëer je een onderdruk achter je boot, waar je de lucht wegzuigt, die volgens mij voor extra remming zorgt. Als dit al wil werken, dan zal het moeten liggen aan een bolvorm in het zeil of zo. Maar ik zou het graag willen zien.

[VinSoft]

Ik vraag me af of zeilboten hoe dan ook sneller dan de wind kunnen varen.

Dat kan: zeilboten kunnen varen met nagenoeg geen wind. Ditzelfde principe werkt ook op vliegtuigen. De kracht van het samenspel onderdruk / overdruk zal dus heel groot zijn. Wel is het natuurlijk zo dat een smallere (en langere) romp de weerstand verlagen, vandaar de catamaran..

Terug naar de ventilator: Het zou in een windstil geval toch moeten zijn dat de boot niets doet? Immers, actie = -reactie: De kracht van de lucht tegen het zeil is even groot maar tegensteld aan de kracht van de lucht tegen de ventilator. M.A.W de ventilator duwt zichzelf (en dus de boot) net zo hard weer achteruit als de lucht het zeil (en dus de boot) vooruit wilt duwen. Dit alles natuurlijk als de ventilator achter een zeil staat etc etc..

Als de ventilator op de zijkant word gemonteerd en de lucht met een hoek langs het zeil word geblazen gaat bernouilli's principe werken denk ik, en zal de boot wel verplaatsen. In theorie tenminste, want er moet inderdaad de weerstand en oppervlaktespanning van het water overwonnen worden, en dat zie ik een ventilator niet zo gauw doen. Het zeil is inderdaad bolvormig, net als de vliegtuigvleugel zodat lucht aan de ene kant sneller langs het zeil gaat dan aan de andere kant: creeërt onder- en bovendruk en de boot kan varen, of het vliegtuig kan omhoog.

[Jan van de Velde]

zeilboten kunnen varen met nagenoeg geen wind

Ja, met alle respect, maar dan varen ze daarom ook nagenoeg niet. Ik stel voor dat we eerst maar eens op zoek gaan naar cijfers omtrent windsnelheden en vaarsnelheden. Op naar de zeilliteratuur....

[Helly1975]

Als kitesurfer en ex-windsurfer is dit één in mijn straatje. Je kan inderdaad sneller varen dan de windsnelheid door zoals GJ al opmerkte schijnbare wind. Kort komt de schijnbare wind op het volgende neer. Als je op een zeilboot zit die een bepaalde snelheid heeft zal je ook de wind in je haren voelen (vanuit de richting die je op vaart) door de snelheid van de boot. Van deze "windsnelheid" kan je ook weer gebruik maken, waardoor je dus sneller gaat.

http://www.veenhoop.nl/theorie/zeilen.htm

[GJ_]

zeilboten kunnen varen met nagenoeg geen wind

Ja, met alle respect, maar dan varen ze daarom ook nagenoeg niet. Ik stel voor dat we eerst maar eens op zoek gaan naar cijfers omtrent windsnelheden en vaarsnelheden. Op naar de zeilliteratuur....

WIj een flauw zuchtje wind kun je prima zeilen hoor. Ik geef toe dat het meer een relaxte dan een enerverende bezigheid is maar ik vindt het met windkracht 1 op een strak ijsselmeer ook wel eens lekker ontspannen.

Overigens heb ik niet gezegd dat zeilboten sneller kunnen dan de wind maar dat ze theoretisch sneller kunnen dan de wind. Een flink jacht heeft zijn lengte wel mee maar zal altijd nog trager zijn dan een kortere surfplank omdat deze kan planeren.

Een ijsjacht heeft nauwelijks "drag" en kan dus gemakkelijk sneller dan de wind.

[Jan van de Velde]

http://www.phys.unsw.edu.au/~jw/sailing.html





In het laatste plaatje dus een zeilboot die heel wat sneller vaart dan de windsnelheid. Let wel, dit is een speciaal snel type boot, niet vergelijkbaar met de eerste twee plaatjes.



Maar even terug naar het tweede plaatje: hoe sneller de boot vaart, hoe hoger de schijnbare windsnelheid, hoe sneller hij kan varen, hoe hoger de schijnbare windsnelheid hoe etc etc. 8)

Als ik nou een "boot" heb waarvan de romp geen (voorwaartse) weerstand ondervindt van wind of water, waar houdt dit etc. etc dan op? Met andere woorden, zo'n theoretische boot, blijft die altijd maar sneller vooruit gaan? Het lijkt me niet, want ergens loop je dan toch op tegen het feit dat de richting van de schijnbare wind steeds rechter van voren gaat invallen?

En opdat we het niet vergeten: als we dit verhaal van schijnbare wind aanschouwen, hoe maak je dan optimaal gebruik van je ventilator?

[GJ_]

Als ik nou een "boot" heb waarvan de romp geen (voorwaartse) weerstand ondervindt van wind of water, waar houdt dit etc. etc dan op? Met andere woorden, zo'n theoretische boot, blijft die altijd maar sneller vooruit gaan? Het lijkt me niet, want ergens loop je dan toch op tegen het feit dat de richting van de schijnbare wind steeds rechter van voren gaat invallen?

Zonder die "drag" kan een zeilboot eigenlijk niet varen: op de een of andere manier moet nl voorkomen worden dat een boot verlijert en dat betekend weerstand.

Ook zal een boot met meer wind ook schever gaan hangen waardoor het zeiloppervlak dus kleiner lijkt te worden.

Een modern zeljacht is ongeveer 3x langer dan breed, redelijk breed dus, het geen er voor zorgt dat de boot niet al te snel op 1 oor gaat. Een multihull heeft nog veel meer de wil om rechtop te blijven varen (alleen gevaarlijk omdat deze nooit vanzelf overeind komen)

Een schip heeft een "rompsnelheid" die voornamelijk door de lengte bepaald word: hoe langer een boot, hoe sneller. De enige manier om gemakkelijk boven die rompsnelheid uit te komen is door de romp uit het water te tillen: in plane dus. Slechts zeer weinig boten kunnen dit, de grote VOR70's die nu aan het racen zijn kunnen dat bv (vandaag start leg 2 van de VOR die al erg spannend is: www.volvooceanrace.com)

[Jan van de Velde]

Ja, maar schakel nou de praktische bezwaren eens even uit. Laten we stellen dat ik zijdelingse weerstand kan ondervinden tegen dat afdrijven (of verlijeren), dat mijn boot netjes recht blijft, enzovoort.

Het gaat nu even om het theoretische einde aan die steeds maar toenemende schijnbare wind, waaruit ik een steeds maar toenemende snelheid haal.

Als we die eenmaal hebben, komen we in de praktische bezwaren, en daar valt toch niet mee te rekenen, anders zou de ideale zeilboot allang bestaan.....

[GJ_]

Hee, ik haal m'n wijsheden uit de praktijk en uit lesboeken. Jouw vraag en het bbh antwoord ben ik nog nooit tegengekomen.

Ik denk dat er theoretisch niet echt een maximum zal zijn dan.

[Brinx]

Over Jan's gedachtenexperiment:

De steeds groter wordende schijnbare ('relatieve') wind bij hogere bootsnelheden komt ook steeds meer van voren. In de limietsituatie (boot gaat belachelijk snel, wind komt praktisch recht van voren) nadert de kracht die het zeil ondervindt van de wind in vaarrichting naar nul (het zeil staat parallel aan de windrichting en is plat). Ik denk dat het antwoord op Jan's probleem een oneindige snelheid is: zolang er een (kleine) kracht staat op het zeil in de vaarrichting van de boot zal de boot versnellen. Het duurt wel oneindig lang om die oneindige snelheid te bereiken, maar dat is niet meer dan logisch.

Dit is natuurlijk een enigzins zinloze voorstelling, zoals al werd aangehaald: het fenomeen wrijving is absoluut nodig om de boot correct te laten functioneren. Laat dit buiten beschouwing en je krijgt een niet-fysische boot.

[Jan van de Velde]

Mijn gedachten gingen ook in eerste instantie achter die van Brinx aan, maar ik kan da intuitief weer eens niet rijmen.... Dan zou ik dus bij windstilte kunnen starten door mijn boot een duwtje te geven, en voor de rest gaan met die banaan. Dat KAN toch niet kloppen, ook niet voor een theoretische wrijvingsloze boot?? Dan moet dit topic toch naar theorie-ontwikkeling?

[Brinx]

Nee Jan - bij windstilte zou de 'relatieve' wind altijd exact tegen de vaarrichting in waaien, en zou deze nooit een zijwaartse component hebben - die vereist is voor een krachtcomponent in vaarrichting.

Wat je wel zou kunnen zeggen is dat je oneindig snel zou kunnen gaan varen bij een heel zacht windje. Maar ja, dat krijg je ervan wanneer je wrijving verwaarloost.